椎間板の核と環状突起の界面における弾性線維の超組織化

The ultrastructural organization of elastic fibers at the interface of the nucleus and annulus of the intervertebral disc.

• Javad Tavakoli
• Ashish D Diwan
• Joanne L Tipper

抄録

椎間板の移行帯（TZ）と呼ばれる領域である椎間板核と環状線維の界面における弾性線維の超構造を記述した研究はこれまでにありませんでした。これまでに開発された消化法を用いて、卵の椎間板のTZの前側領域（AL）と後側領域（PL）から弾性線維を除く細胞と非エラスチンECM成分を除去するように最適化した。これまでに報告されていなかったが、今回の研究では、AL領域とPL領域の両方において、TZ全体に複雑な弾性線維ネットワークが存在することが確認された。AL領域では、このネットワークは、繊細な（200 nm未満）弾性線維と相互に接続された太い主要な弾性線維（約1 µm）で構成されていました。PL領域でも同じような組織が観察されたが、興味深いことに、弾性線維のサイズはAL領域に位置するものに比べて小さく（100nm以下）なっていた。弾性線維の定量分析を行ったところ、AL領域とPL領域では弾性線維の大きさ（p＜0.001）と配向性（p＝0.001）に有意な差が認められ、AL領域では配向性が高く、弾性線維の大きさが大きくなっていることがわかった。細胞および非エラスチン細胞外マトリックス成分を徐々に除去することにより、TZ領域の弾性繊維が細胞外マトリックスと組み合わせて、NPに近い位置にあるものと比較してAF界面でよりコンパクトなハニカム構造を形成していることが確認された。3つの異なる対称的に組織化された回転角(0⁰および±90⁰)が両方の界面でハニカム構造について検出され、構造はTZ-NP界面と比較してTZ-AFで有意に配向していた(p=0.003)。

There has been no study to describe the ultrastructural organization of elastic fibers at the interface of the nucleus pulposus and annulus fibrosus of the intervertebral disc (IVD), a region called the transition zone (TZ). A previously developed digestion technique was optimized to eliminate cells and non-elastin ECM components except for the elastic fibers from the anterolateral (AL) and posterolateral (PL) regions of the TZ in ovine IVDs. Not previously reported, the current study identified a complex elastic fiber network across the TZ for both AL and PL regions. In the AL region, this network consisted of major thick elastic fibers (≈ 1 µm) that were interconnected with delicate (< 200 nm) elastic fibers. While the same ultrastructural organization was observed in the PL region, interestingly the size of the elastic fibers was smaller (< 100 nm) compared to those that were located in the AL region. Quantitative analysis of the elastic fibers revealed significant differences in the size (p < 0.001) and the orientation of elastic fibers (p = 0.001) between the AL and PL regions, with a higher orientation and larger size of elastic fibers observed in the AL region. The gradual elimination of cells and non-elastin extracellular matrix components identified that elastic fibers in the TZ region in combination with the extracellular matrix created a honeycomb structure that was more compact at the AF interface compared to that located close to the NP. Three different symmetrically organized angles of rotation (0⁰ and ±90⁰) were detected for the honeycomb structure at both interfaces, and the structure was significantly orientated at the TZ-AF compared to the TZ-NP interface (p = 0.003).

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